BR112016027249B1

BR112016027249B1 - Processo para a hidrólise enzimática autossuficiente de material contendo lignocelulose

Info

Publication number: BR112016027249B1
Application number: BR112016027249-8A
Authority: BR
Inventors: Michael Zavrel; Danielle Dennewald; Joerg Bartuch; Henning Marckmann
Original assignee: Clariant Produkte (Deutschland) Gmbh
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2023-04-18
Also published as: AU2015261897A1; CA2949584A1; AR100549A1; EP3146061B1; BR112016027249A2; CN106574275B; PL3146061T3; HUE050263T2; DK3146061T3; EP2947152A1; US10316341B2; EP3146061A1; PE20161478A1; CN106574275A; BR112016027249A8; CA2949584C; RS60562B1; MY174472A; EA201692347A1; ES2809448T3

Abstract

PROCESSO PARA HIDRÓLISE DE MATERIAL LIGNOCELULÓSICO EM QUE O HIDROLISADO É USADO PARA PRODUÇÃO DE HIDROLASE MICROBIANA. A presente invenção é dirigida a um processo para a hidrólise autossuficiente de material lignocelulósico. Em um aspecto adicional, a presente invenção é dirigida a um processo para a produção de um produto orgânico e o produto orgânico produzido de acordo com este processo.

Description

[001]A presente invenção se refere a um processo para hidrólise autossuficiente de material lignocelulósico. Em um aspecto adicional, a presente invenção é dirigida a um processo para a produção de um produto orgânico e o produto orgânico produzido de acordo com este processo.

[002]Devido aos recursos limitados de óleo mineral e demandas para reduzir as emissões de CO2, a indústria química busca rotas de produção mais sustentáveis para a fabricação de produtos químicos de commodities, como os combustíveis líquidos e produtos químicos de base. Parte dessa estratégia se concentra na conversão da biomassa lignocelulósica em produtos químicos versáteis ou combustíveis tais como o etanol. A biomassa lignocelulósica contém celulose (~ 25-40% p/p d.s.), hemicelulose (~ 15-25% p/p d.s.) e lignina (~ 15-30% p/p d.s.) como componentes principais e pequenas quantidades de outros carboidratos, ceras proteínas e compostos inorgânicos. Entre as formas de biomassa vegetal, a biomassa lignocelulósica derivada de quaisquer correntes de florestas e resíduos agrícolas, como resíduos de madeira e palha de cereais, são particularmente adequadas para a conversão para produtos químicos de commodities e combustíveis devido à sua disponibilidade, baixo custo e produção ambientalmente saudável. Adicionalmente, as análises do ciclo de vida de processos de produção que utilizam matérias-primas lignocelulósicas indicam uma redução das emissões de gases de efeito de estufa em comparação com processos baseados em outras matérias-primas.

[003]Várias opções de processos que descrevem a conversão da biomassa lignocelulósica em etanol e outros produtos químicos base foram descritos (Pejo et al., 2008). Para realizar estes processos em escala industrial, é particularmente desejável transferir a quantidade máxima de energia, carbono e teor de massa contidos na matéria-prima renovável para os produtos finais. Atualmente, nenhum dos processos de conversão descritos realizou isto em toda a extensão.

[004]Exemplos de operações unitárias para a conversão biotecnológica de material lignocelulósico (por exemplo, palha) em produtos de valor agregado (por exemplo, etanol) são: descalibragem mecânica e/ou pré-tratamento físico-químico, hidrólise enzimática, fermentação e recuperação do produto. Para determinar a eficiência máxima do processo é obrigatório converter uma quantidade máxima de polissacarídeos em açúcares solúveis durante a hidrólise enzimática na unidade de hidrólise enzimática.

[005]Em relação à produção de etanol celulósico em escala industrial, a barreira chave ainda são as despesas com custo para hidrólise enzimática eficiente da lignocelulose pré-tratada a altas concentrações de sólidos.

[006]Assim, a hidrólise da fração de celulose foi identificada como um dos principais obstáculos na conversão da lignocelulose em etanol. Atualmente, o custo e o desempenho da enzima necessários para uma hidrólise eficiente da biomassa são os principais obstáculos.

[007]A decomposição da pasta de biomassa pré-tratada em açúcares monoméricos fermentáveis pode ser conseguida por hidrólise catalisada por ácido ou por enzima. A hidrólise enzimática é mais seletiva e menos intensa em energia do que as metodologias químicas comparáveis (tais como ácido-base), fornecendo assim uma economia de processo mais favorável e um rendimento de etanol potencialmente maior durante a fermentação.

[008]Os sistemas enzimáticos adequados que convertem açúcares poliméricos tais como celulose e hemicelulose em monômeros de hexose (isto é, glicose) e pentose (isto é, xilose) contêm tipicamente atividades de celulase, hemicelulase e beta-glicosidase. Os sistemas enzimáticos que contêm atividades de celulase e beta-glicosidase são frequentemente produzidos em culturas líquidas submersas de fungos, por exemplo, Trichoderma sp. e/ou Aspergillus sp.. O resíduo de biomassa fúngica é normalmente separado do caldo de fermentação e descartado. O caldo de fermentação é então concentrado, estabilizado e formulado para o produto enzimático resultante a ser transportado.

[009]De acordo com Kristensen et al. (2009) a hidrólise enzimática de biomassa é frequentemente conduzida a um teor de sólidos mais baixo de 10-20% p/p.. Um teor de sólidos maior que 15% p/p levam a perdas frequentemente significativas nos rendimentos de açúcar monomérico. Este efeito é devido a problemas associados com a mistura homogênea de pastas aquosas de alto teor de sólidos levando a distribuição desigual da enzima. Além disso, a acumulação de produtos finais como a celobiose e a glicose liberada durante a hidrólise enzimática pode levar à inibição inerente das atividades da celulase e da beta-glicosidase (Xiao et al., 2004a).

[010]Rao et al. (1985) indicam o uso de toda a pasta aquosa de fermentação fúngica para hidrólise eficiente de substratos de celulose. Contudo, meios artificiais foram usados para a produção de enzimas, que não permitem adaptar a produção da enzima de hidrólise a uma matéria-prima específica e/ou opção de pré-tratamento e, portanto, a eficiência da produção de enzima é bastante baixa. Tolan (Clean Techn Environ Policy 3 (2002) 339-345) descreve em “Iogen’s process for producing ethanol from cellulosic biomass” o uso de caldo bruto a partir da hidrólise como um meio para a produção de enzima para economizar custos de processo. Uma outra desvantagem dos métodos divulgados por Rao et al. e Tolan é a limitação às atividades enzimáticas secretadas, porque nada é empreendido para facilitar a liberação de enzimas não secretoras ou ligadas à superfície celular.

[011]As técnicas convencionais acima mencionadas para a degradação da biomassa são ineficientes ou dependem de consumindo adicional de tempo e custo, de enzimas produzidas separadamente ou de misturas de enzimas comerciais que são apropriadas para a degradação da biomassa específica. Além disso, o uso de pasta aquosa ou caldo em bruto não supera estas desvantagens, uma vez que conduz não só à provisão desejada dos açúcares necessários para a fermentação fúngica, como também inevitavelmente importará uma variedade de substâncias inibidoras e/ou tóxicas não desejadas ao processo de fermentação. Deste modo, a vantagem de usar um meio de fermentação barato será compensada por um inconveniente severo na eficiência em relação à produção de enzima.

[012]No documento EP 2 471 940 um eficiente processo de hidrólise de lignocelulose foi descrito com produção de enzima integrada. Neste processo, o meio de fermentação enzimática consiste em quantidades elevadas de sólidos suspensos. Para melhorar ainda mais a economia, o objetivo da invenção é desenvolver um processo de hidrólise de lignocelulose e de fermentação enzimática com uma quantidade minimizada de sólidos e inibidores suspensos, enquanto que a quantidade de carboidratos solúveis é ainda aumentada.

[013]Como consequência, o objetivo da presente invenção é fornecer um processo altamente eficiente melhorado para a degradação de biomassa, tal como biomassa lignocelulósica.

[014]Os inventores da presente invenção verificaram agora surpreendentemente que este objetivo da presente invenção pode ser conseguido por um processo para hidrólise enzimática autossuficiente de material contendo lignocelulose, compreendendo as etapas de: (a) submeter um material contendo lignocelulose a um pré-tratamento em um dispositivo de pré-tratamento; (b) colocar em contato o material contendo lignocelulose pré-tratado da etapa a) com pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases em um vaso de hidrólise para formar um hidrolisado; (c) separar o hidrolisado e subsequente dividir o hidrolisado em duas partes (i) e (ii), em que a parte (i) é dirigida para um vaso de cultura; (d) fermentar a parte (i) do hidrolisado com pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz de produzir pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases; e (e) redirecionar o hidrolisado fermentado da etapa d) para o vaso de hidrólise da etapa b); em que o material e/ou hidrolisado contendo lignocelulose pré-tratada é tratado para remover pelo menos uma substância inibidora a pelo menos uma enzima e/ou pelo menos um micro-organismo e/ou fungo.

[015]O processo para a hidrólise enzimática do material contendo lignocelulose da presente invenção é particularmente vantajoso, uma vez que é autossuficiente, mas também altamente eficiente como hidrolisador integrante do processo num todo na etapa de produção de enzima (d) permitirá uma produção econômica e direta na integração local de uma quantidade máxima de enzimas hidrolíticas adequadas conduzindo a uma quantidade máxima de carboidratos solúveis. Além disso, a remoção de substâncias inibidoras durante pelo menos um estágio do processo permitirá um processo que não só pode ser executado de modo autossuficiente, mas também continuamente com elevada eficiência, uma vez que a produção de enzima hidrolítica não será retardada ou inibida por substâncias indesejáveis levando a outras vantagens econômicas.

[016]Na presente invenção, o termo "material contendo lignocelulose" deve ser entendido como compreendendo todo o tipo de material conhecido por um versado na técnica como compreendendo lignocelulose. Os termos "material contendo lignocelulose", "biomassa contendo lignocelulose", "material lignocelulósico" e "biomassa lignocelulósica" devem ser entendidos como sinônimos na presente invenção. O material contendo lignocelulose particularmente preferencial, de acordo com a presente invenção, inclui madeira, palha e/ou cascas de cereais, bagaço, cascas de aveia, gramíneas, celulose, polpa de papel cru (obtida da produção de pasta e papel) e misturas dos mesmos. Fontes alternativas ou componentes adicionais podem compreender um ou mais dos seguintes componentes: celulose purificada, polpa, soro de leite, melaço ou açúcares tais como glicose e lactose. Em uma modalidade preferencial, o material contendo lignocelulose contém pelo menos 25% em peso, de preferência, pelo menos 40% em peso, com mais preferência, pelo menos 70% em peso, ainda com mais preferência, pelo menos 80% em peso e com mais preferência, pelo menos 90% em peso de lignocelulose. Deve ser entendido que o material contendo lignocelulose pode também compreender outros compostos tais como material proteináceo, amido, açúcares, tais como açúcares fermentáveis e/ou açúcares não fermentáveis.

[017]Na presente invenção, o termo "hidrólise enzimática" deve ser entendido como um processo em que enzimas adequadas convertem açúcares poliméricos tais como celulose e hemicelulose em monômeros de hexose (isto é, glicose) e/ou pentose (isto é, xilose).

[018]Na presente invenção, o termo "pré-tratamento" é deve ser entendido como um processo que conduz à remoção e à separação, pelo menos parcial, de hemiceluloses a partir de celulose e rupturas e remoção da bainha de lignina, a fim de diminuir a cristalinidade de celulose e, assim, aumentar a área de superfície acessível de celulose e/ou aumentar a dimensão de poros da celulose. O pré- tratamento mobiliza, de preferência, a fração de pentose do material contendo lignocelulose, ao mesmo tempo que aumenta a digestibilidade da fração contendo celulose sólida.

[019]Os métodos adequados para o pré-tratamento do material contendo lignocelulose de acordo com a etapa (a) da presente invenção incluem qualquer tipo de métodos de pré-tratamento mecânicos, biológicos, químicos e/ou físicos conhecidos por um versado na técnica. Em uma modalidade preferencial, o método de pré-tratamento é selecionado a partir dos métodos de fragmentação mecânica, tratamento com ácidos e/ou alcalinos, oxidação por via úmida, hidrotermólise controlada por pH e/ou explosão a vapor.

[020]A "explosão a vapor" de acordo com a presente invenção compreende, de preferência, um tratamento hidrotérmico pressurizado a uma temperatura de 60 a 350°C, de preferência, de 80 a 300°C, particularmente preferencial, de 100 a 250°C e com mais preferência, de 110 a 220°C do material contendo lignocelulose, na ausência ou na presença de catalisadores ácidos (tais como H2SO4, HCl, H3PO4) ou básicos/alcalinos (por exemplo, NH4OH, NaOH, KOH, lima), os quais são adicionados em concentrações de 0,01 a 15% (p/p), de preferência, de 0,05 a 12,5% (p/p), com mais preferência, de 0,1 a 10% (p/p) e o com mais preferência, de 0,25 a 7,5%. Em uma modalidade preferencial da presente invenção, a pressão é, de preferência, selecionada de 1 a 100 bar, de preferência, de 2 a 50 bar, também preferencial de 3 a 25 bar e o com mais preferência, de 5 a 15 bar. Os tempos de reação durante a explosão a vapor têm de ser selecionado de 10s a 2h, de preferência, de 1 minuto a 1,5 hora, e com máxima preferência, de 5 minutos a 1 hora para fornecer uma transformação eficiente dos componentes de biomassa na preparação para hidrólise enzimática. Em uma modalidade particularmente preferencial, um pré-tratamento com "fragmentação mecânica" do material contendo lignocelulose é realizado antes ou durante o pré-tratamento com explosão a vapor, em que a fragmentação mecânica é selecionada a partir do grupo que consiste em processamento mecânico, trituração, corte em pedaços, esmagamento, corte, irradiação, moagem e combinações dos mesmos.

[021]O "pré-tratamento com ácido" de acordo com a presente invenção constitui, de preferência, um tratamento contínuo com ácido diluído e/ou suave, tal como, tratamento com ácido sulfúrico ou outros ácidos orgânicos, tais como ácido acético, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido succínico, cloreto de hidrogênio ou misturas dos mesmos. Podem também ser usados outros ácidos. Um "tratamento com ácido suave" de acordo com a presente invenção deve ser entendido como realizado a um pH de 1 a 5, de preferência, pH de 2 a 3 (em relação ao material contendo lignocelulose). Em uma modalidade preferencial o ácido é adicionado em concentrações de 0,01 a 15% em peso (p/p), de preferência, de 0,05 a 12,5% em peso (p/p), com mais preferência, de 0,1 a 10% em peso (p/p) e com mais preferência, de 0,25 a 7,5% em peso. O ácido é, de preferência, ácido sulfúrico. O ácido pode ser colocado em contato com o material contendo lignocelulose a uma temperatura na faixa de 120 a 280°C, de preferência, de 135 a 225°C e com máxima preferência, de 150 a 200°C durante um período de 1 a 60 minutos, de preferência, 2 a 30 minutos e com mais preferência, de 5 a 15 minutos. A adição de ácidos fortes, tais como ácido sulfúrico, pode ser aplicada dentro das modalidades particularmente preferenciais para remover a hemicelulose.

[022] O "pré-tratamento químico", de acordo com a presente invenção, também se refere ao tratamento do material contendo lignocelulose com H2O2, ozônio, ácidos de Lewis, FeCI3, (AI)2SO4 em álcoois aquosos, de glicerol, dioxano, fenol, etileno glicol, NaOH, Na2CO3 e/ou amônia. As concentrações, temperatura e a duração preferenciais são escolhidas de forma análoga às condições referenciadas acima relativamente sobre o pré-tratamento com ácido.

[023]O "pré-tratamento por oxidação por via úmida" de acordo com a presente invenção envolve o uso de agentes oxidantes, tais como agentes oxidantes à base de sulfito.

[024]O termo "fragmentação mecânica" se refere a qualquer tratamento mecânico que causa a separação e/ou liberação de celulose, hemicelulose e/ou lignina a partir de material contendo lignocelulose. A fragmentação mecânica é, de preferência, selecionada do grupo que consiste em processamento mecânico, trituração, corte em pedaços, esmagamento, corte, irradiação, moagem tal como moagem a seco, moagem a úmida e moagem por esferas vibratórias, e combinações dos mesmos.

[025]O "pré-tratamento biológico" de acordo com a presente invenção se refere a qualquer pré-tratamento biológico que promove a separação e/ou liberação de celulose, hemicelulose e/ou lignina a partir do material contendo lignocelulose. As técnicas de pré-tratamento biológico podem envolver a aplicação de micro-organismos solubilizadores de lignina, tais como actinomicetos (por exemplo, cepas de Streptomyces), fungos de haste branca.

[026]Os métodos de pré-tratamento adequados para o processo da presente invenção devem ser realizados em dispositivos adequados conhecidos por um versado na técnica. Um dispositivo adequado para realizar o pré-tratamento químico pode ser qualquer tipo de vaso tal como um reator descontínuo. Um dispositivo adequado para a realização da explosão a vapor pode ser qualquer tipo de vaso tal como um reator descontínuo, mas também pode ser realizada em um reator de parafuso, de preferência, um reator de parafuso contínuo.

[027]Em uma modalidade preferencial, o teor de sólidos do material contendo lignocelulose pré-tratado é até 75% (p/p), de preferência, 25 a 65% (p/p) e particularmente preferencial, de 40 a 55% (p/p).

[028]No escopo do processo da presente invenção, o material contendo lignocelulose pré-tratado é então colocado em contato com pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases para decompor o material contendo lignocelulose pré-tratado em açúcares fermentáveis, tais como açúcares hexoses monoméricas (isto é, glicose) e pentoses (isto é, xilose). O contato pode ser realizado por qualquer método conhecido por um versado na técnica como adequado para o objetivo da invenção.

[029]O hidrolisado formado por hidrólise enzimática do material pré-tratado contendo lignocelulose é, de preferência, de elevado teor de açúcar fermentável, sendo de preferência, da ordem de 5 a 20% (p/v). O teor de açúcar neste contexto deve ser entendido como o teor de todas as pentoses e hexoses. Em uma modalidade preferencial da invenção, o hidrolisado tem um teor de açúcar de 8 a 12,5% (p/p). Em uma modalidade preferencial da invenção, o hidrolisado também contém nutrientes adicionais (isto é, proteínas, sais e açúcares superiores tais como oligossacarídeos).

[030]O contato de acordo com a etapa (b) da presente invenção é, de preferência, realizado sob condições em que o doseamento total da enzima compreende entre 0,05 e 10% (p/p) de matéria-prima, de preferência 0,1 a 5% (p/p), de preferência, de 0,15 a 4% (p/p) de matéria-prima e particularmente preferencial, de 0,2 a 3,5% (p/p) de matéria-prima. Dependendo do regime de dosagem e da composição de atividade específica do sistema enzimático aplicado, a biomassa é hidrolisada a 40 a 60°C durante 1 a 7 dias, de preferência, a 45 a 55°C durante 18 a 96 horas. O contato de acordo com a etapa (b) da presente invenção é, de preferência, realizado a um pH na faixa de 3 a 8, de preferência, a um pH de 4 a 6, especialmente a um pH de 4,5 a 5,5. Em uma modalidade particularmente preferencial desta invenção, a hidrólise em batelada ou em batelada alimentada de palha de cereais pré-tratada é conseguida em dosagens enzimáticas de 0,25-0,8% (p/p) de matéria prima com ou sem suplementação de beta-glicosidase adicional e a uma temperatura de 47 a 53°C dentro de 72 horas. Surpreendentemente, mesmo com regimes de dosagem com baixo teor de enzimas, rendimentos de hidrólise acima de 70% (p/p) em relação aos açúcares totais contidos na referida matéria- prima podem ser obtidos.

[031]O contato de acordo com a etapa (b) da presente invenção é realizado dentro de um vaso de hidrólise. Os vasos adequados são conhecidos por um versado na técnica e, de preferência, são selecionados de reatores de batelada e batelada alimentada.

[032]Na presente invenção, o termo "enzimas pertencentes à classe das hidrolases" deve ser entendido como compreendendo qualquer enzima capaz de hidrólise de uma ligação química. As enzimas pertencentes à classe das hidrolases são classificadas como EC 3 na classificação de número EC de enzimas. Em uma modalidade preferencial, as atividades enzimáticas de pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases, de acordo com a presente invenção, compreendem uma ou mais atividades selecionadas a partir das atividades de exo- e endocelulases (isto é, celobio-hidrolase (CBH) I, II, endoglucanase (EG) I-IV, beta- Glicosidase (BGL)), exo- e endo-hemicelulases (isto é, xilanase, xilosidase, xilobiase, arabinase, arabinofucosidase, mananase, manosidase, galactase e galactosidase) e esterases. Em uma modalidade preferencial, pelo menos uma enzima pertencente à classe de hidrolases de acordo com a presente invenção tem uma ou mais atividades selecionadas do grupo que consiste em: Celobio-hidrolase tipo I ou tipo II (CBH I ou CBH II), endoglucanase tipo I, II, III ou IV (EGI, EGII, EGIII, EGIV), beta-glicosidase (BGL), estearase, exo-hemicelulase e endo-hemicelulase. Ainda com mais preferência, é que a exo-hemicelulase e a endo-hemicelulase que são, de preferência, selecionadas a partir de xilanase, xilosidase, xilobiase, arabinase, arabinofucosidase, mananase, manosidase, galactase e galactosidase.

[033]De acordo com a etapa (c) do processo da presente invenção, o hidrolisado é então separado do vaso de hidrólise e subsequentemente dividido em duas partes (i) e (ii). A separação é, de preferência, realizada quando pelo menos 70% do total de açúcares presentes na matéria-prima original são liberados, preferencial, pelo menos 75% e o com mais preferência, pelo menos 80%. Em uma modalidade preferencial, a razão da parte (i) do hidrolisado para a parte (ii) é selecionada entre uma faixa de 0,01 a 1, de preferência, de 0,02 a 0,5, também preferencial de 0,04 a 0,25 e a com mais preferência, de 0,05 a 0,1.

[034]A separação de acordo com a etapa (c) do processo da presente invenção pode ser realizada por qualquer método conhecido por um versado na técnica como sendo adequado para o propósito da invenção. Em uma modalidade preferencial, a separação é realizada por separação de sólido-líquido, tal como filtração, prensagem, separação por membrana, flotação, precipitação, decantação e centrifugação ou combinações dos mesmos. São preferenciais as separações sólido-líquido à base de filtro. É ainda particularmente preferencial o uso de um filtro prensa. Os resíduos após a filtração devem ter um teor de sólidos mínimo de 20% (p/p), de preferência, 30% (p/p), particularmente preferencial 40% (p/p) e com mais preferência, 50% (p/p). Outro método para a separação de acordo com a etapa (c) é a centrifugação, por exemplo, usando um decantador.

[035]De acordo com a etapa (c) do processo da presente invenção, a parte (i) do hidrolisado é então dirigida para um vaso de cultura. Os vasos adequados são conhecidos por um versado na técnica e, de preferência, selecionados de reatores descontínuos e alimentados. O vaso de cultura e, de preferência, equipado com um agitador e um dispositivo de aeração. Em uma outra modalidade preferencial da presente invenção, uma parte do material contendo lignocelulose pré-tratado pode ser adicionada diretamente ao vaso de cultura. As quantidades preferenciais de material contendo lignocelulose pré-tratado adicionado são de 1 a 35% (em p/p em relação ao peso total do material de cultura), de preferência, de 5 a 30% (em p/p em relação ao peso total do material de cultura) e com mais preferência, de 10 a 20% (em p/p em relação ao peso total do material de cultura).

[036]De acordo com a etapa (d) do processo da presente invenção, a parte (i) do hidrolisado é então fermentada com pelo menos um micro-organismo capaz de produzir pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases.

[037]O "pelo menos um micro-organismo capaz de produzir pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases" é, de preferência, selecionado a partir das seguintes espécies Actinobacter sp., Agrobacterium sp., Bacillus sp., Burkholdria sp., Clostridium sp., Caldicellulosiruptor Sp., Cellvibrio sp., Halobacterium sp., Pseudomonas sp., Paenibacillus sp., Xanthomonas sp. e Thermobifida sp., Pyrochoccus sp., Sulphobolus sp., Staphylothermus sp. e Thermococcus sp..

[038]O "pelo menos um fungo capaz de produzir pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases" é, de preferência, selecionado a partir das seguintes espécies de Trichoderma sp., Hypocrea sp., Aspergillus sp., Chaetomium sp., Chrysosporium sp., Fusarium Sp., Humicola sp., Orpinomyces sp., Pencillium sp., Phanerochaete sp., Piromyces sp., Talaromyces sp., Trametes sp. e Trichoderma sp. ou dos seus respectivos holomorfos. Especialmente preferencial é um fungo selecionado a partir de Trichoderma sp. e Talaromyces sp., enquanto que as combinações de um ou mais fungos, mas também combinações de um ou mais fungos e/ou micro-organismos, também são possíveis.

[039]Em uma modalidade preferencial da presente invenção, a produção da enzima é conseguida com uma cepa hiperprodutora de celulase do fungo filamentoso Trichoderma reesei (anamorfo: Hypocrea jecornia).

[040]A fermentação de acordo com a etapa (d) do processo da presente invenção é realizada durante um período de tempo de 1 hora a 14 dias, de preferência, de 10 horas a 7 dias, com mais preferência, de 24 horas a 5 dias, de preferência, sob mistura constante com uma entrada de energia 150 a 1900 W/m3 e, com mais preferência, entre 500 e 1500 W/m3 e, de preferência, a um pH de 2,5 a 8, de preferência, de 3,0 a 7, sendo particularmente preferencial, de 3,5 a 6,0, e de preferência, a uma temperatura a partir de 15 a 70°C, de preferência, de 20 a 55°C e particularmente preferencial ,de 25 a 35°C, sob condições controladas por oxigênio. O nível médio de oxigênio dissolvido e, de preferência, selecionado de 0,01% a 80%, de preferência, de 0,1% a 50%, particularmente preferencial, de 1% a 30% e com mais preferência, de 3% a 15%. Em uma modalidade particularmente preferencial, o nível de oxigênio dissolvido é controlado por uma pressão interna do reator ou fluxo de ar comprimido ou agitador ou uma combinação de duas ou três destas medidas.

[041]Em uma modalidade preferencial, a concentração de açúcares solúveis durante a fermentação de acordo com a etapa (d) do processo inventivo é inferior a 10% (p/p), de preferência, inferior a 8% (p/p) e particularmente preferencial, inferior a 5% (p/p). A parte (i) do hidrolisado é, de preferência, direcionada para o vaso de cultura por alimentação. A "alimentação" de acordo com a presente invenção significa a adição subsequente da parte (i) do hidrolisado ao vaso de cultura. A "taxa de alimentação", tal como usada na presente invenção, é definida como o volume de hidrolisado transferido para o vaso de cultura, medido em m3/hora. O versado na técnica é capaz de selecionar a taxa de alimentação adequada para o processo particular. A alimentação do hidrolisado é realizada, de preferência, com uma taxa de alimentação constante ou uma taxa de alimentação variável ou uma combinação de ambas durante a etapa (d) do processo inventivo. A alimentação do hidrolisado é, de preferência, realizada continuamente durante a etapa (d) do processo da invenção ou em intervalos de tempo. Os intervalos preferenciais são, por exemplo, relacionados com um tempo total de fermentação de 100 horas, por exemplo, uma alimentação constante durante 60 horas, que é então interrompida até o fim do tempo de fermentação de 100 horas. Outro exemplo possível é começar com uma alimentação constante durante 20 horas que é interrompida após 20 horas e retomada assim que o açúcar fermentável no hidrolisado tiver sido fermentado completamente.

[042]Após a fermentação, o hidrolisado fermentado é redirecionado para o vaso de hidrólise de acordo com a etapa (e) do processo da presente invenção. O redirecionamento de acordo com a etapa (e) do processo da presente invenção pode ser realizado por qualquer método conhecido por um versado na técnica como adequado para o propósito inventivo. Durante o redirecionamento de acordo com a etapa (e) do processo inventivo, o hidrolisado é, de preferência, processado fisicamente, mecanicamente e/ou quimicamente. Os métodos preferenciais de redirecionamento incluem bombeamento ou outros métodos de suspensões de transporte que requerem energia, tais como mistura com elevada força de cisalhamento em linha. Em uma modalidade particularmente preferencial, o redirecionamento é realizado por bombeamento do hidrolisado para o vaso de hidrólise. O processamento do hidrolisado antes da fermentação de acordo com a etapa (d) do processo inventivo resultará em uma cinética de hidrólise ainda mais rápida e um rendimento de açúcar monomérico superior à medida que as enzimas ligadas às células são mais facilmente liberadas do fungo e/ou do micro-organismo.

[043]Dependendo do método de pré-tratamento aplicado, as substâncias inibidoras de pelo menos uma enzima e/ou pelo menos um micro-organismo e/ou fungo são produzidas durante a etapa (a) do processo da presente invenção. Estes compostos diminuem fortemente a taxa de hidrólise e de fermentação.

[044]O processo inventivo de acordo com as etapas (a) a (e), tal como definidas acima, fornece, naturalmente, várias vantagens em termos de custo e eficiência devido à produção de enzimas autossuficientes integradas, no entanto, a execução do processo de forma contínua ao longo de vários dias pode levar a uma acumulação destas substâncias inibidoras que compensará algumas destas vantagens, levando a uma redução da produção e/ou hidrólise da enzima. Para garantir um processo de hidrólise de enzimas autossuficiente que também seja atraente para ser implementado em processos de produção em escala industrial tais como a subsequente produção de produtos de fermentação (por exemplo, bioetanol), os inventores da presente invenção verificaram surpreendentemente que estes riscos podem ser evitados por remoção de uma ou mais destas substâncias integradas em certos estágios do processo.

[045]Estas substâncias inibidoras são produtos de degradação de lignocelulose incluindo produtos de degradação de lignina, produtos de degradação de celulose e produtos de degradação de hemicelulose. Os produtos de degradação de lignina podem ser fenólicos por natureza. Os produtos de degradação da hemicelulose incluem furanos a partir de açúcares (tais como hexoses e/ou pentoses), incluindo xilose, manose, galactose, ramnose e arabinose. Exemplos de hemiceluloses incluem xilano, galactoglucomanano, arabinogalactano, arabinoglucuronoxilano, glucuronoxilano, e derivados e combinações dos mesmos. Exemplos de produtos de degradação de lignocelulose incluem álcool 4-OH benzílico, 4-OH benzaldeído, ácido 4-OH benzoico, trimetil benzaldeído, ácido 2- furoico, ácido cumárico, ácido ferúlico, fenol, guaiacol, veratrol, pirogalolol, pirogalol mono metil éter, álcool vanilílico, vanilina, isovanilina, ácido vanílico, ácido isovanílico, ácido homovanílico, álcool veratrílico, veratraldeído, ácido verárico, ácido 2-O-metil gálico, álcool siringílico, siringaldeído, ácido siríngico, ácido trimetil gálico, homocatecol, etil vanilina, creossol, p-metil anisol, anisaldeído, ácido anísico, furfural, hidroximetilfurfural, 5-hidroximetilfurfural, ácido fórmico, ácido acético, ácido levulínico, ácido cinâmico, coniferil aldeído, isoeugenol, hidroquinona, eugenol ou combinações dos mesmos.

[046]Para garantir um processo mais eficiente em uma modalidade preferencial do processo da presente invenção, pelo menos uma substância inibidora de pelo menos uma enzima e/ou inibitória de pelo menos um micro-organismo a ser removido é uma substância inibidora de pelo menos uma enzima pertencente à classe de hidrolases e/ou inibidora de pelo menos um microorganismo e/ou fungo capaz de produzir pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases.

[047]Em uma modalidade particularmente preferencial, a substância é inibidora de pelo menos um fungo selecionado a partir do grupo que consiste em Trichoderma sp. e Talaromyces sp., tais como Trichoderma reesei e/ou inibidora de pelo menos um micro-organismo selecionado a partir do grupo que consiste em Saccharomyces sp., Clostridium sp., Lactobacillus sp., e Pichia sp..

[048]Em uma modalidade preferencial do processo da presente invenção pelo menos uma destas substâncias é uma substância removida a partir do material contendo lignocelulose pré-tratado de acordo com a etapa (a) e/ou a parte (i) e/ou (ii) do hidrolisado de acordo com etapa (c).

[049]Em outras modalidades preferenciais, a remoção é realizada pela adição de pelo menos um adsorvente ao material contendo lignocelulose pré-tratado e/ou parte (i) e/ou (ii) do hidrolisado de acordo com a etapa (c). O adsorvente é, de preferência, selecionado a partir do grupo que consiste em carvão ativado, sílica, silicatos minerais, zeólitos, carvão, argila, resinas de troca iônica e misturas dos mesmos, enquanto que de carbono e/ou carvão ativado, são particularmente preferenciais.

[050]É ainda preferencial que o pelo menos um adsorvente seja adicionado ao material contendo lignocelulose pré-tratado através da adição de adsorvente antes do material contendo lignocelulose pré-tratado ser transferido para o vaso de hidrólise. Está, no entanto, também dentro do escopo da presente invenção a adição do adsorvente diretamente para o vaso de hidrólise ou a adição do adsorvente pouco antes da separação de acordo com a etapa c).

[051]A remoção de pelo menos um composto inibidor através da adição de um adsorvente fornece amplas vantagens. Por um lado, a filtrabilidade é consideravelmente melhorada. Além disso, no caso de carbono ativado ou carvão vegetal ser usado como adsorvente, a combustibilidade do bolo de filtro é aumentada e nenhuma ou apenas uma quantidade mínima de energia tem que ser gasta por secagem. Desse modo, um processo independente de energia pode ser obtido por combustão do bolo de filtração.

[052]Em uma outra modalidade preferencial da presente invenção, a remoção de pelo menos uma substância inibidora da parte (i) e/ou (ii) do hidrolisado é realizada por evaporação. Devido ao carácter volátil da maior parte das substâncias inibidoras, a evaporação é outro método de remoção eficaz. "Evaporação" de acordo com a presente invenção é realizada de preferência sob pressão reduzida, de preferência, a pressão inferior à pressão atmosférica, de preferência, inferior a 750 mbar absoluto, com mais preferência, inferior a 500 mbar absoluto, ainda com mais preferência, inferior a 250 mbar absoluto e o com mais preferência, inferior a 125 mbar absoluto. As faixas preferenciais são de 75 a 750 mbar absoluto e 75 a 250 mbar absoluto. Durante a evaporação, a temperatura e, de preferência, mantida abaixo de 120°C, com mais preferência, abaixo de 100°C, ainda com mais preferência, abaixo de 90°C e o com mais preferência, abaixo de 80°C. As faixas preferenciais são de 45 a 120°C e entre 45 e 100°C. Os tempos de residência são, de preferência, escolhidos a partir de 0,1 s a 10 h, de preferência, de 1 s a 1 h, com mais preferência, de 10 s a 30 min, com mais preferência, de 30 s a 10 min. O pH é, de preferência, mantido abaixo de pH 6, com mais preferência, abaixo de pH 5,5, ainda com mais preferência, abaixo de 5,0 e o com mais preferência, abaixo de 4,8. As faixas preferenciais são de 3,5 a 6 e de 4,0 a 5,0. Os evaporadores preferenciais são evaporadores de circulação, evaporadores de filme fino, evaporadores de filme líquido e evaporadores de filme descendente.

[053]A remoção de pelo menos uma substância inibidora por evaporação fornece outras vantagens, já que a evaporação, também fornece o benefício de uma esterilização do hidrolisado. Dessa forma, a contaminação cruzada durante a fermentação pode ser evitada. Além disso, junto com a maior parte das substâncias inibidoras uma quantidade substancial de água vai ser evaporada levando a um hidrolisado de concentrado (isto é, redução de volume e a concentração de açúcar mais elevada), resultando na redução de custos adicionais devido a um aumento do rendimento e minimização do volume do reator. A evaporação é um método eficaz de remoção, tal que as vantagens significativas do processo da invenção já podem ser conseguidas através da aplicação destes métodos apenas para a parte (i) do hidrolisado.

[054]Em uma outra modalidade preferencial, é também possível combinar vários métodos de remoção, em que é particularmente preferencial combinar a adição de um adsorvente antes de transferir o hidrolisado para o vaso de hidrólise com evaporação aplicada à parte (i) e/ou (ii) do hidrolisado. Nesta modalidade particular, é também preferencial adicionar o adsorvente antes da separação de acordo com a etapa c), particularmente preferencial antes da hidrólise de acordo com a etapa b). É particularmente preferencial que o processo de acordo com a invenção não compreenda a remoção por lavagem do material e/ou hidrolisado pré- tratado.

[055]Em uma outra modalidade preferencial do processo da presente invenção, uma quantidade adicional de 0,01 a 30% (p/v) de material contendo lignocelulose, de preferência, de 0,1 a 25% (p/v), ainda preferencial 0,5 a 22% (p/v) e particularmente preferencial de 1 a 20% (p/v) é adicionado ao vaso de cultura. Em uma modalidade particularmente preferencial, o material contendo lignocelulose é obtido separando-o do vaso de pré-tratamento. A adição de material contendo lignocelulose pré-tratado irá levar a uma liberação lenta de carbono e funcionar como um indutor para a expressão da celulase.

[056]Em um outro aspecto, a presente invenção é ainda dirigida a um processo para a produção de um composto orgânico da parte (ii) do hidrolisado, tal como definido acima, compreendendo a etapa de: (f1) colocar em contato a parte (ii) do hidrolisado com pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz de produzir um composto orgânico selecionado a partir do grupo que consiste em ácidos orgânicos, aminoácidos, caprolactamas, antibióticos, vitaminas, enzimas, nucleotídeos/nucleosídeos, biogás, proteínas, polissacarídeos, amino glucanos, solventes orgânicos, biocombustíveis, biossurfactantes, aminoglucanos, derivados de açúcar e misturas dos mesmos; ou (f2) submeter a parte (ii) do hidrolisado a um processo de conversão química, conversão catalítica, separação cromatográfica, separação por membrana e/ou de cristalização.

[057]De acordo com o processo para a produção de um composto orgânico de acordo com a etapa (f1), tal como definido acima, a temperatura durante o contato da parte (ii) do hidrolisado com o pelo menos um micro-organismo é selecionada de 10 a 65°C, de preferência, de 15 a 55°C, especialmente preferencial, de 20 a 50°C, com mais preferência, de 25 a 45°C.

[058]É particularmente preferencial que o pelo menos um micro-organismo seja selecionado a partir de leveduras mesófilas, tais como todas as espécies do gênero Saccharomyces, especialmente Saccharomyces bayanus, Saccharomyces boulardii, Saccharomyces bulderi, Saccharomyces cariocanus, Saccharomyces cariocus, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces chevalieri, Saccharomyces dairenensis, Saccharomyces ellipsoideus, Saccharomyces eubayanus, Saccharomyces Exiguus, Saccharomyces florentinus, Saccharomyces kluyveri, Saccharomyces martiniae, Saccharomyces monacensis, Saccharomyces norbensis, Saccharomyces paradoxus, Saccharomyces pastorianus, Saccharomyces spencerorum, Saccharomyces turicensis, Saccharomyces unisporus, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces zonatus, bem como adeninovorans Arxula, Ashbya gossypii, Hansenula polymorpha, Debaramyces hansenii, Hortea werneckii, Kluyeveromyces lactis, Schwanniomyces occidentalis, Thrichosporon domesticum, Thrichosporon montevideense, Xanthophyllomyces dendrohous, Yarowia lypolytica, Zygosaccharomyces bailii, Zygosaccharomyces rouxii, Schizosaccharomyces pombe, Pichia stipitis, Pichia segobiensis, Candida shehatae, Candida tropicalis, Candida boidinii, Candida tenuis, Pachysolen tannophilus, Hansenula polymorpha, Candida famata, Candida parapsilosis, Cândida rugosa, Candida sonorensis, Candida mALTOSA, Issatchenkia terricola, Kloechera apis, Pichia barkeri, Pichia cactophila, Pichia deserticola, Pichia norvegensis, Pichia membranefaciens, Pichia mexicana e Torulaspora delbrueckii e qualquer combinação dos mesmos.

[059]Em uma modalidade alternativa preferencial do processo para a produção de um composto orgânico da parte (ii) do hidrolisado, o pelo menos um micro-organismo é selecionado a partir de micro-organismos termofílicos que são, de preferência, selecionados a partir de Candida Bovina, Candida picachoensis, Candida emberorum, Candida pintolopesii, Candida thermophila, Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces fragilis, Kazachstania telluris, Issatchenkia orientalis, Lachancea thermotolerans e qualquer combinação dos mesmos. As bactérias termofílicas preferenciais incluem Clostridium thermocellum, Clostridium thermohydrosulphuricum, Clostridium thermosaccharolyticum, Thermoanaerobium brockii, Thermobacteroides acetoethylicus, Thermoanaerobacter ethanolicus, Clostridium thermoaceticum, Clostridium thermoautotrophicum, Acetogenium kivui, nigrificans Desulfotomaculum, Desulvovibrio thermophilus, Thermoanaerobacter tengcongensis, Bacillus stearothermophilus, Thermoanarobacter mathranii e qualquer combinação dos mesmos.

[060]O uso das seguintes leveduras mesófilas é especialmente preferencial: Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis, Pachysolen tannophilu e/ou Candida shehatae.

[061]Em uma modalidade alternativa do processo para a produção de compostos orgânicos da parte (ii) do hidrolisado pelo menos um fungo é usado. O, pelo menos, um fungo é selecionado a partir de Aspergillus sp., Trichoderma sp., Hypocrea sp., Penicillium sp., Acremonium sp., Rhizopus sp., Talaromyces sp. e qualquer combinação dos mesmos.

[062]Em uma modalidade alternativa do processo para a produção de compostos orgânicos da parte (ii) do hidrolisado, o micro-organismo é selecionado a partir de espécies de bactérias tais como Clostridium acetobutylicum, Lactobacillus brevis, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus lactis, Lactococcus lactis, Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus sp., Zymomonas mobilis, Escherichoia coli e qualquer combinação dos mesmos.

[063]Além disso, qualquer combinação dos micro-organismos e/ou fungos acima mencionados acima, deve ser entendido como fazendo parte do escopo da presente invenção.

[064]A fermentação e, de preferência, conduzida de um modo descontínuo (descontínua), no modo alimentado em lotes ou de um modo contínuo. Com mais preferência, a fermentação é realizada no modo de lote.

[065]Em uma outra modalidade preferencial, minerais tais como cobre, zinco, magnésio, cálcio, ferro e compostos contendo nitrogênio, tais como nitrato, aminoácidos, amoníaco são adicionados à parte (ii) do hidrolisado antes da etapa f1) do processo da produção de um composto orgânico.

[066]Os compostos orgânicos valiosos resultantes da fermentação bacteriana da parte (ii) do hidrolisado compreendem, mas, não se limitam a ácidos orgânicos (tais como ácido acético, ácido láctico, ácido succínico, ácido itacônico, ácido fumárico, ácido propiônico, e ácido glucurônico), aminoácidos (tais como ácido glutâmico, leucina, lisina, treonina, ácido aspártico, fenilalanina, cisteína), caprolactamas (tais como alfa-amino-caprolactama), antibióticos (tais como, bleomicina, virginiamicina, lincomicina, monensina, blasticidina, tetraciclina), vitaminas (tal como a vitamina B2, B12 e C), enzimas, nucleotídeos/nucleosídeos (tais como NADH, ATP, AMPc, FAD, coenzima A), biogás, biopolímeros (tais como poli-hidroxibutirato, poliamidas/fibroínas), proteínas, polissacarídeos (tais como xantano, dextrano), amino glucanos (tais como, ácido hialurônico), bem como solventes orgânicos e biocombustíveis (tais como acetona, etanol, butanol, propanodiol).

[067]Os compostos orgânicos valiosos que resultam da fermentação de levedura da parte (ii) do hidrolisado compreendem, mas, não se limitam a, solventes orgânicos (por exemplo, etanol, propanol), nucleotídeos (por exemplo, RNA), biossurfactantes (por exemplo, lipídeos de soforose), enzimas e biopolímeros (por exemplo, espidroínas).

[068]Os compostos orgânicos valiosos resultantes da fermentação do fungo da parte (ii) do hidrolisado de compreender ácidos orgânicos (tais como, ácido cítrico, ácido fumárico, ácido itacônico), antibióticos (tais como, penicilina, cefalosporinas), enzimas, e os polissacarídeos (tais como quitina).

[069]Em uma outra modalidade preferencial do presente processo, o composto orgânico é selecionado a partir de álcoois, ácidos orgânicos, biopolímeros, antibióticos, aminoácidos, caprolactamas, polissacarídeos, solventes orgânicos, biocombustíveis, aminoglucanos, nucleotídeos/nucleosídeos, vitaminas, biossurfactantes, enzimas e as misturas dos mesmos.

[070]De acordo com o processo para a produção de um composto orgânico de acordo com a etapa (f2) de submeter a parte (ii) do hidrolisado a um processo de conversão química, conversão catalítica, separação cromatográfica, separação por membrana e/ou de cristalização é realizada por métodos cromatográficos e/ou por etapas de filtração para uso de açúcares purificados em fermentação (por exemplo, polímeros à base de ácido láctico) e/ou a conversão química (produção de FDCA).

[071]Em um outro aspecto, a presente invenção também se refere a um composto orgânico produzido de acordo com o processo tal como definido acima.

[072]A seguir as modalidades particularmente preferenciais da presente invenção são descritas e não devem ser entendidas como limitando a invenção em qualquer aspecto.

Modalidade 1 particularmente preferencial

[073]Processo para a hidrólise enzimática autossuficiente de material contendo lignocelulose, que compreende as etapas de: (a) submeter um material contendo lignocelulose a um pré-tratamento de um dispositivo de pré-tratamento; (b) colocar em contato o material contendo lignocelulose pré-tratado da etapa a) com pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases em um vaso de hidrólise para formar um hidrolisado; (c) separar o hidrolisado e, subsequentemente, dividir o hidrolisado em duas partes (i) e (ii), em que a parte (i) é dirigida para um vaso de cultura; (d) fermentar a parte (i) do hidrolisado com pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz de produzir, pelo menos, uma enzima pertencente à classe das hidrolases; e (e) orientar o hidrolisado fermentado da etapa d) para o vaso de hidrólise da etapa b); em que o material contendo lignocelulose pré-tratado é tratado para remover pelo menos um inibidor de substância para pelo menos uma enzima e/ou pelo menos um micro-organismo e/ou fungo através da adição de pelo menos um adsorvente de preferência, selecionado a partir de carvão ativado, carvão e misturas dos mesmos.

Modalidade 2 particularmente preferencial

[074]O processo para a hidrólise enzimática autossuficiente de material contendo lignocelulose compreendendo as etapas de: (a) submeter um material contendo lignocelulose a um pré-tratamento de um dispositivo de pré-tratamento; (b) colocar em contato o material contendo lignocelulose pré-tratado da etapa a) com pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases em um vaso de hidrólise para formar um hidrolisado; (c) separar o hidrolisado e, subsequentemente, dividir o hidrolisado em duas partes (i) e (ii), em que a parte (i) é dirigida para um vaso de cultura; (d) fermentar a parte (i) do hidrolisado com pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz de produzir, pelo menos, uma enzima pertencente à classe das hidrolases; e (e) orientar o hidrolisado fermentado da etapa d) para o vaso de hidrólise da etapa b); em que a parte (i) e/ou a parte (ii) do hidrolisado é tratada para remover pelo menos uma substância inibidora de pelo menos uma enzima e/ou pelo menos um micro-organismo e/ou fungo por evaporação.

Modalidade 3 particularmente preferencial

[075]O processo para a hidrólise enzimática autossuficiente de material contendo lignocelulose compreendendo as etapas de: (a) submeter um material contendo lignocelulose a um pré-tratamento de um dispositivo de pré-tratamento; (b) colocar em contato o material contendo lignocelulose pré-tratado da etapa a) com pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases em um vaso de hidrólise para formar um hidrolisado; (c) separar o hidrolisado e, subsequentemente, dividir o hidrolisado em duas partes (i) e (ii), em que a parte (i) é dirigida para um vaso de cultura; (d) fermentar a parte (i) do hidrolisado com pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz de produzir pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases; e (e) orientar o hidrolisado fermentado da etapa d) para o vaso de hidrólise da etapa b); em que o material contendo lignocelulose pré-tratado é tratado para remover pelo menos um inibidor de substância a pelo menos uma enzima e/ou pelo menos um micro-organismo e/ou fungo através da adição de pelo menos um adsorvente, de preferência, selecionado a partir de carvão ativado, carvão e misturas dos mesmos e a parte (i) e/ou a parte (ii) do hidrolisado é tratada para remover pelo menos uma substância inibidora de pelo menos uma enzima e/ou pelo menos um micro-organismo e/ou fungo por evaporação.

Modalidade 4 particularmente preferencial

[076]Processo de acordo com a modalidade particularmente preferencial 1, 2 ou 3, em que a razão da parte (i) do hidrolisado da parte (ii) é de 0,01 a 1, de preferência, de 0,02 a 0,5 e, com mais preferência, de 0,05 a 0,1.

Modalidade 5 particularmente preferencial

[077]O processo de acordo com a modalidade particularmente preferencial 1, 2, 3 ou 4, em que uma quantidade adicional de 0,01 a 30% (p/v) de material contendo lignocelulose, de preferência, de 0,15 a 25% (p/v), mais preferencial, de 0,51 a 22% (p/v) e particularmente preferencial de 15 a 20% (p/v) adicionado ao vaso de cultura. É mais preferencial, dentro desta modalidade que o material contendo lignocelulose seja um material contendo lignocelulose pré-tratado, de preferência, obtido a partir do dispositivo de pré-tratamento.

Modalidade 6 particularmente preferencial

[078]O processo de acordo com qualquer uma das modalidades particularmente preferenciais 1 a 5, em que o pelo menos, um micro-organismo capaz de produção de pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases é selecionado a partir de exo e endocelulases, beta-glicosidase (BGL)), exo e endo- hemicelulases e esterases e/ou pelo menos um fungo capaz de produção da pelo menos uma enzima pertencente à classe das hidrolases é selecionado de espécies de Trichoderma e Talaromyces e misturas dos mesmos e é com mais preferência, de Trichoderma reesei.

Modalidade 7 particularmente preferencial

[079]O processo de acordo com qualquer uma das modalidades particularmente preferenciais 1 a 6, compreendendo ainda a etapa de: (f1) colocar em contato a parte (ii) do hidrolisado com pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz da produção de um composto orgânico selecionado a partir do grupo que consiste em ácidos orgânicos, aminoácidos, caprolactamas, antibióticos, vitaminas, enzimas, nucleotídeos/nucleosídeos, biogás, proteínas, polissacarídeos, amino glucanos, solventes orgânicos, biocombustíveis, biossurfactantes, aminoglucanos, derivados de açúcar e misturas dos mesmos;

Exemplo e Figura

[080]A presente invenção é ainda descrita pelos seguintes exemplo e figuras. O exemplo e a figura são apenas para fins ilustrativos e não devem ser entendidos como limitando a invenção.

[081]A FIG. 1 mostra o fluxo de processo do processo de acordo com a presente invenção. A linha tracejada representa a opção de adicionar parte do material de lignocelulose pré-tratado diretamente ao vaso de cultura.

[082]A FIG. 2 mostra o rendimento da glicose, xilose e NaDL-lactato, bem como a quantidade de ácido acético e ácido fórmico quando desintoxica o hidrolisado por evaporação

Exemplo 1 Palha de trigo, remoção da substância inibidora por adição de carvão e evaporação

[083]A fermentação é realizada em um sistema de biorreator de tanque agitado com uma temperatura, um pH e um dispositivo de controle de oxigênio dissolvido (= vaso de cultura). O cultivo foi iniciado com 5% (p/p) de cultura de semente. Além disso, o meio contém sais e minerais e hidrolisado concentrado como fonte de carbono principal. A fermentação é realizada a pH 5, a 30°C e a um nível de oxigênio dissolvido de 25%. A alimentação da parte (i) do hidrolisado é iniciada após 15 horas e é realizada de forma contínua por mais 85 horas. O volume total de alimentação é de 50% com base no volume total final de fermentação.

[084]O hidrolisado fermentado resultante da fermentação é bombeado para a palha de trigo pré-tratada para a hidrólise deste último.

[085]A quantidade de palha de trigo pré-tratada presente na etapa de hidrólise é escolhida tal como de 1 m3 de hidrolisado fermentado é adicionado a 2400 kg de matéria seca de palha de trigo pré-tratada.

[086]A hidrólise é realizada a 50°C, pH 5, durante 96 h com agitação a 50 rpm. Depois da hidrólise, 1% (p/v) de carvão ativado (granulado) é adicionado ao conteúdo do vaso de hidrólise. O conteúdo é incubado com o carvão ativado, à temperatura ambiente com agitação a 250 rpm. Após 1 h, uma separação de sólido- líquido é realizada para recuperar o hidrolisado descodificado por separação dos mesmos dos sólidos restantes por centrifugação ou filtração (tamanho de poro de filtro de < 1 mm). 15% do hidrolisado de descodificado são, então, submetidos a uma etapa de evaporação para remover adicionalmente os inibidores voláteis e reduzir o volume dessa parte do hidrolisado a um terço do volume inicial. Este hidrolisado de duplo-desintoxicado e de concentrado é então introduzido na fermentação como descrito acima. O resto do hidrolisado (não submetido a) evaporação pode ser usado para a produção de um composto orgânico.

Exemplo 2 Palha de trigo, remoção da substância inibidora por evaporação três vezes

[087]A fermentação foi realizada em um sistema de biorreator de tanque agitado com uma temperatura, um pH e um dispositivo de controle de oxigênio dissolvido (= vaso de cultura). O cultivo foi iniciado com 5% (p/p) de cultura de semente. Além disso, o meio continha sais e minerais e concentrado hidrolisado como fonte de carbono principal. A fermentação foi realizada a pH 5, a 30°C e a um nível de oxigênio dissolvido de 25%. A alimentação da parte (i) do hidrolisado foi iniciada depois de 15 horas e foi realizada continuamente durante mais 85 horas. O volume total de alimentação foi de 45% com base no volume de fermentação total final.

[088]O hidrolisado fermentado resultante da fermentação foi bombeado para a palha de trigo pré-tratada para a hidrólise desta última.

[089]A quantidade de palha de trigo pré-tratada presente na fase de hidrólise que foi escolhida como 1 m3 de hidrolisado fermentado foi adicionada a 2400 kg de matéria seca de tais palhas de trigo pré-tratadas.

[090]A hidrólise foi realizada a 50°C, pH 5, durante 96 h com agitação a 50 rpm. Após a hidrólise, o hidrolisado foi então submetido a uma etapa de evaporação para remover os inibidores voláteis e para reduzir o volume do hidrolisado por um fator de 6,4. Este hidrolisado foi desentoxificado e concentrado, em seguida, introduzido na fermentação tal como descrito acima.

[091]Por evaporação, o pH foi ajustado a 4 com o uso de ácido sulfúrico e, em seguida, a evaporação foi realizada a 75°C e 100 mbar. A evaporação foi parada quando uma concentração de açúcar de 500 g/l foi obtida. Os respectivos rendimentos de glicose, xilose e NaDl e as quantidades de ácido fórmico e acético são mostradas na Tabela 1 e na Fig. 2. Esta desintoxicação resultou em uma redução de ácido acético por mais do que 80% e de ácido fórmico a cerca de 30%. Os resultados são mostrados na Tabela 1 e na Figura 2.

[092]Tabela 1: Rendimento de glicose, xilose e as quantidades de ácido fórmico e acético, após a evaporação.

Claims

1. Processo para a hidrólise enzimática autossuficiente de material contendo lignocelulose, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: (a) submeter um material contendo lignocelulose a um pré-tratamento em um dispositivo de pré-tratamento; (b) colocar em contato o material contendo lignocelulose pré-tratado da etapa a) com pelo menos uma hidrolase compreendendo uma ou mais atividades selecionadas dentre as atividades de exo- ou endo-celulase selecionada dentre o grupo consistindo em celobiohidrolase (CBH) I, II, endoglucanase (EG) I-IV, e beta-glucosidase (BGL), exo- ou endo-hemicelulase selecionada dentre o grupo consistindo em xilanase, xilosidase, xilobiase, arabinase, arabinofucosidase, mananase, manosidase, galactase e galactosidase, e esterase em um vaso de hidrólise para formar um hidrolisado; (c) separar o hidrolisado e dividir subsequentemente o hidrolisado em duas partes (i) e (ii), em que a parte (i) é dirigida para um vaso de cultura; (d) fermentar a parte (i) do hidrolisado com pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz de produzir a dita hidrolase; e (e) redirecionar o hidrolisado fermentado da etapa d) para o vaso de hidrólise da etapa b); em que o hidrolisado é tratado para remover pelo menos uma substância inibidora para pelo menos uma enzima e/ou pelo menos um micro-organismo e/ou fungo.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma substância inibidora para pelo menos uma enzima e/ou pelo menos um micro-organismo e/ou fungo é uma substância inibidora para hidrolase e/ou inibidora para pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz de produzir a hidrolase.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a substância é inibidora para pelo menos um fungo e/ou um micro-organismo selecionado dentre o grupo que consiste em Trichoderma sp. (anamorfo: Hypocrea sp.), Saccharomyces sp., Clostridium sp., Lactobacillus sp., Pichia sp. e Talaromyces sp.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a substância é removida do material contendo lignocelulose pré-tratado de acordo com a etapa (a) e/ou da parte (i) e/ou (ii) do hidrolisado de acordo com a etapa (c).

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a substância é removida por adição de pelo menos um adsorvente para o material contendo lignocelulose pré-tratado e/ou a parte (i) e/ou (ii) do hidrolisado de acordo com a etapa (c).

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o adsorvente é selecionado dentre o grupo que consiste em carvão ativado, sílica, silicatos minerais, zeólitos, carvão, argila, resinas de troca iônica e as misturas dos mesmos.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a substância é removida da parte (i) e/ou (ii) do hidrolisado de acordo com a etapa (c) por evaporação.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma quantidade adicional de 0,1 a 30% (p/v) de material contendo lignocelulose é adicionado ao vaso de cultura.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o material contendo lignocelulose é obtido separando-o do vaso de pré- tratamento.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão da parte (i) do hidrolisado para a parte (ii) é de 0,01 a 1.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de açúcares solúveis durante a fermentação de acordo com a etapa (d) é inferior a 10% (p/v).

12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a etapa: (f1) colocar em contato a parte (ii) do hidrolisado com pelo menos um micro-organismo e/ou fungo capaz de produzir um composto orgânico selecionado dentre o grupo que consiste em ácidos orgânicos, aminoácidos, caprolactamas, antibióticos, vitaminas, enzimas, nucleotídeos/nucleosídeos, biogás, proteínas, polissacarídeos, amino glucanos, solventes orgânicos, biocombustíveis, biossurfactantes, aminoglucanos, derivados de açúcar e misturas dos mesmos; ou (f2) submeter a parte (ii) do hidrolisado a um processo de conversão química, conversão catalítica, separação cromatográfica, separação por membrana e/ou cristalização.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita pelo menos uma hidrolase inclui todas as seguintes atividades: CBH I, CBH II, EG I-IV, BGL, xilanase, xilosidase, xilobiase, arabinase, arabinofucosidase, mananase, manosidase, galactase e galactosidase.